第4章(离子交换分离).ppt

研究生课程 分离方法基础与技术 第 4 讲 （第4章 离子交换分离法） 第4章 离子交换分离法 4.1 离子交换分离法及其特点 4.2 离子交换树脂 4.3 离子交换平衡 4.4 离子交换分离实验技术 4.5 离子交换分离法的应用 4.1 离子交换分离法及其特点 1. 离子交换分离法的发展历史 (1) 1850年，英国农业化学家H.S.Tompson和J.T.Way发现离子交换现象 用硫酸铵或碳酸铵处理土壤，铵离子被吸收而析出钙； 土壤也是一种无机离子交换剂； 无机离子交换剂不能在酸性条件下使用。 4.1 离子交换分离法及其特点 (2) 1935年，B.A.Adams和E.L.Holmes合成离子交换树脂 合成了高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂； 这是离子交换分离技术的最重要的里程碑； 二战期间，德国大量合成离子交换树脂，并用于水处理； 战后,英、美、苏、日等国也大力发展离子交换技术。 4.1 离子交换分离法及其特点 (3) 1945年，美国人G.F.d?Alelio合成聚苯乙烯阳离子交换树脂 后来又合成了性能良好的聚苯乙烯系和聚丙烯酸系的离子交换树脂； 离子交换分离成为低能耗、高效率的分离技术。 4.1 离子交换分离法及其特点 (4) 20世纪60年代以后，离子交换树脂的合成与离子交换分离技术取得了突飞猛进的发展 R.Kunin等合成了一系列大孔离子交换树脂，该类树脂的多孔结构兼具离子交换和吸附两种功能。 各种载体和功能基化的离子交换树脂层出不穷 高效离子色谱分析法的诞生 ? 离子交换分离柱与电导检测器结合的产物。 国产离子交换树脂（南开大学）。 2.离子交换分离法的特点 (1) 选择性高。 树脂种类多、不同树脂对不同离子的选择性不同。 操作条件（淋洗剂等）可调节参数较多 (2) 适用范围广。 从痕量物质到工业用水，从少量样品到工业规模。 (3) 操作简单，成本低。 液固两相溶液分开，操作简单。 3.几个概念的区别 离子交换分离法：采用离子交换剂的分离技术。 色层（层析）分离法：采用吸附剂、离子交换剂等各种填料的柱分离技术。 离子交换色谱法：以离子交换剂作固定相（柱），采用电导检测技术的分析技术。 离子色谱法：包括离子交换、离子排斥、离子对色谱等多种用于离子性成分分析的液相色谱方法。 4.2 离子交换树脂 离子交换剂：具有离子交换能力的物质。通常指固体离子交换剂。 无机离子交换剂：由天然的（粘土、沸石类矿物）或合成的（合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、杂多酸盐等）无机化合物构成。 有机离子交换剂：人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物，其中应用最为广泛的是离子交换树脂。 离子交换树脂：具有特殊网状结构的高分子化合物。 4.2 离子交换树脂 4.2.1 离子交换树脂的结构 4.2.2 离子交换树脂的分类与命名 4.2.3 离子交换树脂的物理性能 4.2.4 离子交换树脂的化学性能 4.2.5 离子交换树脂的应用 4.2.1 离子交换树脂的结构 骨架（载体） 三维网状空间结构，载体不参与离子交换反应。 功能基团（交换基团） 离子交换反应位置 固定离子（惰性离子） 与载体牢固结合，不能自由移动的离子。 反离子（可交换离子） 阳离子交换树脂结构模型 4.2.1 离子交换树脂的结构 4.2.1 离子交换树脂的结构 4.2.2 离子交换树脂的分类与命名 1.按功能基团分类 阴离子交换树脂(anion-exchange resin)：含有碱性基团(通常为季胺基)，在溶液中可离解出阴离子。 强碱性阴离子交换树脂： 含-N(CH3)3OH, -N(CH3)2C2H4OH等功能基团 弱碱性阴离子交换树脂: 含-NH2, -NHR, -NR2等功能基团 4.2.2 离子交换树脂的分类与命名 阳离子交换树脂（cation-exchange resin ）：含有酸性基团（多为羧基），在溶液中可离解出阳离子。 强酸性阳离子交换树脂： 功能基为-SO3H, -CH2SO3H等强酸基团 中等酸性阳离子交换树脂: 功能基为-PO3H2, -PO3H3 , -SO3H2等中等强度酸基团 弱酸性阳离子交换树脂: 功能基为-COOH, -OH, -CH2OH2等弱酸基团 4.2.2 离子交换树脂的分类与命名 螯合树脂 功能基为胺羧基-N(CH2COOH)2，能与金属离子生成六元环螯合物。 氧化还原树脂 功能基具有氧化还原能力，如-CH2SH，对苯二酚基。 两性树脂 同时具有阴离子交换基团和阳离子交换基团。如同时具有-N(CH3)3＋和-COOH。 4.2.2 离子交换树脂的分类与命名 2. 按孔型